杭州临江垃圾焚烧项目设计亮点探讨

2022-02-26王德锋

应用能源技术 2022年1期

王德锋

(1.浙江省环保集团有限公司，杭州 310000；2.中国联合工程有限公司，杭州 310052；3.杭州临江环境能源有限公司，杭州 310005)

0 引言

杭州临江环境能源工程位于杭州钱塘新区，主要承担杭州市主城区的生活垃圾无害化处理，设计日处理生活垃圾5 200 t，建设6台870 t/日机械炉排炉，采用中温次高压蒸汽参数，配置3台额定出力为45 MW的凝汽式汽轮机及3台50 MW发电机。烟气净化采用“SNCR(选择性非催化还原脱硝)+旋转喷雾半干法+干法脱酸+活性炭喷射吸附+袋式除尘器+1#GGH+湿法脱酸+SGH+SCR(选择性催化还原脱硝)+2#GGH(烟气脱白)”的先进工艺路线，为浙江省重点建设项目，属于亚运保障工程，计划2020年底建成投产。

1 项目规模特点

本项目具有较大的垃圾处理规模和建筑体量，生活垃圾日处理量超过5 200 t，是目前全亚洲一次性建设，规模第二的生活垃圾焚烧发电项目，厂区占地面积354亩，其中建筑物占地103亩，总建筑面积超过13万平方米。

全厂由6条先进的生活垃圾焚烧处理线组成，6条焚烧线、3套汽轮发电机组共同布置于综合主厂房内，主厂房占地面积超过5.3万平方米(约80亩)，建筑面积地上部分9.9万平方米，地下部分1 600平方米。6条焚烧线分2个焚烧车间南北对称布置，汽机间和集控楼位于南北车间之间，主厂房南北跨度达250米，从卸料平台至烟气净化间尾部，厂房长度超过220米，建筑体量宏伟，共可容纳百人同时参观。

2 项目设计亮点

2.1 去工业化考虑

本项目打破传统电厂的设计思维，在去工业化方面作了充分考量，为了消除焚烧厂房作为工业建筑本身的冰冷感，建筑方案塑造过程中充分体现“以人为本”的设计原则，将建筑与当地的自然生态环境、人文环境相融合，通过将绸带轻盈飘逸的意向抽象，融入到建筑的神韵中，同时将呈现杭州深厚文化底蕴的舞韵，连同千年钱江潮水的舞动渗透到建筑之美中去，营造“绸带当空，舞动钱江”的设计理念。同时结合“一轴一带五区十景”的景观绿化，协调全厂的建筑效果，使其成为有机协调的整体。

2.2 海绵城市设计

厂前区、清洁生产区完全按海绵城市要求设计，通过下凹式绿地、透水性地面、调蓄景观水池，充分发挥建筑、道路、绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的园区发展方式。

2.3 环保教育功能考虑

本工程兼具科教、示范功能，在平面设计上，参观流线设计占有极重要的地位。整个参观流线围绕中庭空间展开，通过串联工艺设备展示，室内展陈，多媒体互动，中庭花园等多个建筑空间，增加参观的趣味性，体验能源利用的原理，提高公众意识。

2.4 采用三维设计技术手段

项目全部设计工作采用三维技术，土建部分应用Revit、PKPM、3D3S等软件进行建模计算，并完成建筑结构、给排水、暖通、烟风道及电仪的模型设计；工艺部分采用PDMS、CAESAR进行建模计算，完成全厂汽水管道的模型设计，同时通过Naviswork进行综合管理，将钢结构、建筑、结构、工艺设备等模型导入，完成各专业间碰撞检查，进行空间管理，依据三维设计模型，提取工程量统计报告，出具各专业施工图和轴测图。本项目三维设计很好地为现场施工创造了条件，为场地布置、现场策划、技术交底、成本管控、材料管控、进度管控、协同管理、吊装模拟、现场预制加工等方面提供了有力保障。

3 工艺技术优势

3.1 完善的焚烧炉设计

本项目垃圾焚烧炉的设计，充分考虑了燃烧负荷变化范围、炉膛温度、烟气区域停留时间、炉膛结焦与腐蚀、焚烧炉测点的布置，相关规范要求以及焚烧炉连续稳定运行等诸多因素，焚烧炉炉膛设计先进、可靠，且炉排面积大，机械负荷小，焚烧炉超负荷能力强。

焚烧炉的设计还考虑了沼气回喷和渗滤液浓缩液回喷，渗滤液产生的沼气经管道送至焚烧炉，通过专用的沼气燃烧器燃烧。不仅能够处理废气，还可以有效利用热能。

3.2 先进的核心设备配置

本项目采用机械式炉排炉，炉排片采用高铬耐热铸钢，具有耐磨损和耐腐蚀性，能承受很高的机械强度，整体寿命达10年以上，更换率低，更换检修便捷，运行维护方便。其中单条焚烧线处额定垃圾处理规模达到870 t/d，单炉处理规模在国内项目中居于前列。该炉排结构为往复式，由活动炉排行和固定炉排行交错布置构成，炉排元件紧密结合，在减少漏渣的基础上，满足一次风的穿透率，布风均匀，燃烧无死角；并且采用三段式，分别为干燥炉排、燃烧炉排和燃烬炉排，可以使各段炉排的运动速度可以根据焚烧炉内燃烧状况单独调节，保证垃圾的完全燃烧；本项目炉排为大裕量面积炉排，不仅提高了炉排机械超负荷能力，实现连续、稳定燃烧，同时通过合理的配风以及一次风风温控制，采用中温次高压蒸汽参数等手段提高焚烧系统热效率。通过这项先进的工艺技术，可更为有效的保护环境，更好地实现垃圾处理的“减量化、资源化、无害化”。

3.3 最先进的燃烧成像系统

采用现行国际上先进的燃烧成像系统(COSMOS系统)，可以实现焚烧炉内实时监视、精准测量炉膛内火焰分布情况。

燃烧成像系统(COSMOS系统)和自动燃烧控制系统(ACC)联动，控制垃圾料层厚度、一次风温度、主蒸汽流量、燃烧位置、热灼减率最小化、烟气中的氧气浓度、炉内烟气温度等来实现焚烧炉的连续稳定运行，系统自动化程度高，可靠性强且投运率近100%。

3.4 领先的烟气治理措施

为致力于打造“国内领先、世界一流”的生活垃圾焚烧处理厂，本项目烟气净化采用目前国际上最先进的“SNCR+旋转喷雾半干法+干法喷射+活性炭喷射吸附+袋式除尘+1#GGH+湿法洗涤+SGH+SCR+2#GGH”的组合工艺，该工艺采用多级串联脱酸，脱酸效率高、脱酸负荷可调性大，同时采用“SNCR+SCR”联合脱硝，有效降低NOx浓度。换热装置选用两级烟气-烟气换热器串联加热，减少SGH蒸汽耗量，在确保烟气排放达标的同时，降低能耗。不同于SCR前置于湿法的工艺，本工艺方案将SCR置于湿法脱酸之后，可保证SCR入口的SO2浓度极低，有效延长SCR催化剂的寿命，从而减少投资成本。经过严苛的烟气净化工序处理后的烟气，酸性气体、氮氧化物、烟尘、二噁英等民众关心的污染物排放均可控制在极低的排放水平。

3.5 烟气再循环系统设计

为降低锅炉出口烟气中NOx浓度，本项目从袋式除尘器出口引一路烟气，经循环风机回流至焚烧炉前后拱，从循环烟气喷嘴注入，回流烟气量通过循环风机变频及可调风门进行调节。采用烟气再循环系统后，有效的降低焚烧炉内的氧浓度，创造有利于低氮燃烧的还原性气氛，能够在燃烧过程中有效抑制NOx的生成，同时加速炉内烟气的搅拌，使燃烧稳定，减少了必要的二次风量。

在垃圾充分燃烧的前提下，通过调节一、二次风供应量、采用烟气再循环等技术来降低燃烧时的空燃比，减少烟气量，降低排烟热损失，从而实现低空燃比(低过量空气系数)燃烧。低空燃比技术可以控制过量空气系数范围为1.2～1.3，余热锅炉出口烟气含氧含量为3%～5%。通过降低过量空气系数，可减少烟气排放量，从而减少了排烟热损失提高锅炉效率。

采用烟气再循环技术来实现低空燃比燃烧技术，也可以降低燃烧区烟气中的氧浓度，从而达到降低NOx的目的，可以有效降低脱硝系统原材料的消耗。且烟气的排放量减少，引风机电耗减少，有利于厂用电率的降低，该系统烟气回流比例为15%，回流烟气温度为150 ℃。

3.6 消雾冷却塔设计

消雾冷却塔是在常规机械通风冷却塔的基础上，增加了干式部分，用于将部分进塔的冷空气加热并与湿式部分的湿热空气混合以降低出塔空气相对湿度，从而达到消雾的目的，也能与当地周围环境能够很好的融合，彻底消除周围居民对白雾的误解，提高厂区整体环境；另一方面，可以对冷却塔出口的水汽进行回收利用，降低系统补水量，节约水资源。在处理垃圾的同时更好的实现了“绿水青山就是金山银山”的理念。

本项目冷却塔的下半部分即湿式部分为常规冷却塔，配备了填料，布水系统，收水器等常规设备，由进风口进入塔内的冷空气和热水直接接触，通过蒸发和对流的方式进行热交换，将热水中的热量传递到空气中并由风机将湿热空气排入大气，从而降低循环水水温。

冷却塔上半部为干式部分，进风口设置了高效翅片管换热器，由轴流风机吸入塔内的空气分为两部分进入塔内：一部分由湿式部分的进风口经由填料层，布水层和收水器层，到达混合区，此部分空气为饱和或接近饱和的湿热空气；另一部分经由换热管束从干式部分的进风口进入塔内混合区，此部分空气被流经管束的热水绝湿加热，温度升高，相对湿度降低，为干热空气。这两路空气在混合区内通过混合器的均匀混合，使得整体的湿度降低，从而保障最终的消雾效果。

3.7 烟囱脱白设计

“有色烟羽”现象在国内发电行业非常普遍，烟囱出口烟雾缭绕，影像视觉，造成露点腐蚀，容易引起周边群众误解，引起不必要的关注，亦有可能提供氮氧化物、二氧化硫与水分子的光化学反应环境，形成雾霾，进而影响空气质量。虽然现时政府部门未对“脱白”工作的推进作硬性要求，但本项目未雨绸缪，设计之初结合现场工艺布置就考虑了“脱白”工艺，通过联合湿法洗涤系统降低净烟气温度至饱和温度以下，并对引风机入口烟气进行加热，从而实现烟囱出口白色“烟羽”的有效控制。调整相关运行参数确保烟囱出口无“白雾”现象，做到与当地周围环境能够很好的融合，彻底消除周围居民对白雾的误解，提高厂区整体环境。

3.8 可靠保障设计

电气主接线系统中，杭州临江环境能源项目两条110 kV进线间设置了高压母联开关，母线运行方式更灵活，且在一条外线故障时能保障厂内电源与外部电力系统的连续联络，保障了厂用电的安全及厂内发电出力的外送，不会因为一条110 kV外线的跳闸或停用造成厂内大量减产或紧急停机。此外，该项目还增设了一台完全独立的厂用备用变压器，作为电厂机组起动和备用电源，由110 kV配电装置母线引接。进一步提高了厂用电可靠性，能保障厂内设备安全运行。过电压保护设计方面，主厂房和循环及综合水泵房按二类防雷建筑物设置防直击雷过电压装置，在110 kV配电装置进出线侧均装设避雷器以防止雷电侵入波的危害，在主变压器高压侧中性点装设氧化锌避雷器、发电机的出口装设氧化锌避雷器、10 kV母线上装设氧化锌避雷器、高压断路器柜内装设限制操作过电压的避雷器、低压母线和关键设备(如直流装置、UPS、监控系统电源)进线处加装防浪涌保护器。上述设计能够有效保障设备的使用寿命和系统的正常运行。

4 与同类项目对比

4.1 技术对比

国内某大型项目前期已建有一座3 000 t/d生活垃圾焚烧厂(一期工程)，在此基础上扩建了二期6 000 t/d项目，设8台750 t/d机械往复式炉排炉，配套8台93 t/h余热锅炉及相应烟气净化系统，配备3套50 MW汽轮发电机组，预计年处理生活垃圾量200万t，年发电量10亿kW·h。对比临江项目与该国内大型项目之间的异同，对行业后续类似工程建设有着重大意义。

主要指标列表对比表

4.2 主要差异

由于使用了更大容量的焚烧炉，杭州环境能源项目实现使用更少数量的焚烧炉-余热锅炉单元数(6台)以达到更大的垃圾处理量及年发电量，并减少全厂建设造价及后期运行、维护及检修等管理成本。

杭州环境能源项目尾部烟气净化工艺为炉内SNCR脱硝+半干法脱酸+干法喷射+活性炭喷射吸附+袋式除尘+湿法脱酸+SCR脱硝，比类比项目增加了半干法脱酸，使烟气排放污染物浓度更低(特别是SO2)。另外，杭州环境能源项目在SCR前后增设的#2GGH，通过回收热量使尾部烟气排放温度达到130 ℃以下，提升了烟气余热利用效率；相应类比项目由于未设置该GGH使排烟温度接近170 ℃，增加了能量浪费。

两个项目均采用两组厂房中间夹控制楼的“π”形主厂房布置模式，但类比项目将汽轮机布置在一侧厂房的末端，使主蒸汽管道过长，部分锅炉主蒸汽管道压降大，产生不必要的管道浪费和效率损失。杭州环境能源项目将汽轮发电机组(汽机房)布置在“π”形厂房的空档处，大大减少了全厂合金钢管道长度，节约了投资、提高了效率。